1.3.9. Классификация углей по крупности

Класс – это совокупность частиц, крупность которых ограничена размерами отверстий двух смежнорасположенных сит, связанных между собой модулем шкалы классификации.

Сорт – это совокупность частиц, крупность которых ограничена размерами отверстий двух смежнорасположенных сит, связанных или на связанных между собой модулем шкалы классификации, и соответствует техническим условиям на товарную продукцию.

В нашей стране принята следующая классификация сортового угольного топлива [10]:

Машинный класс – это совокупность частиц, крупность которых ограничена размерами двух смежнорасположенных сит, не связанных между собой модулем шкалы классификации, и соответствует технической характеристике обогатительного аппарата.

Предлагается следующая классификация угля по крупности частиц для машинных классов [11]:

1.4. Процесс грохочения

1.4.1. Последовательность выделения классов при грохочении

При грохочении сыпучего материала с выделением более двух классов последовательность выделения их определяется расположением сит.

Различают следующие схемы выделения классов: от крупного класса к мелкому; от мелкого класса к крупному; смешанную или комбинированную.

При грохочении от крупного класса к мелкому сита располагают одно под другим (рис. 1.17, а). Верхнее сито имеет наибольшие отверстия, а книзу размеры отверстий сит уменьшаются. Эта последовательность выделения классов имеет следующие преимущества.

1. Меньший износ сит, потому что вся масса материала и наибольшие куски поступают на рабочую поверхность с крупными отверстиями, которая обычно собирается из стальных решет и защищает поверхности с мелкими отверстиями из проволочных сеток.

2. Более высокая эффективность грохочения мелких классов, так как на сита с мелкими отверстиями поступает меньшее количество материала.

3. Меньшее крошение крупных кусков при грохочении, так как они быстрее выводятся из процесса. Последнее имеет большое значение для углей.

4. Компактность установки грохочения по занимаемой площади вследствие многоярусного расположения сит.

Из недостатков этой схемы следует отметить неудобства в наблюдении за состоянием нижних сит, затруднения в их замене и скученность разгрузки классов в одном конце грохота. Расположение сит по схеме рис. 1.17, б позволяет рассредоточить места вывода классов. При таком расположении также несколько увеличивается эффективность грохочения на нижнем сите, так как наличие поддона под верхним ситом позволяет направить материал в начало нижнего сита.

При грохочении от мелкого класса к крупному сита располагают последовательно в порядке возрастания величины их отверстий (рис. 1.17, в). Достоинства такой последовательности выделения классов заключаются в удобстве смены сит и наблюдения за их состоянием. Помимо того, разгрузка классов рассредоточена по всей длине сит. Недостатки этой схемы, однако, весьма существенны.

1. Быстрый износ сит и пониженная эффективность грохочения, так как вся масса материала загружается на сито с самыми мелкими отверстиями.

2. Возможность крошения крупных кусков хрупкого материала.

При комбинированной схеме выделения классов сита располагаются частично от крупного к мелкому и частично – от мелкого к крупному (рис. 1.17, г).

В практике чаще применяются схемы выделения классов от крупного к мелкому и комбинированные. При необходимости выделения сухого отсева из рядового угля перед его обогащением применяется схема выделения классов от мелкого к крупному.

1.4.2. Баланс материала при грохочении

На рис. 1.18 приведена схема грохочения и обозначение продуктов.

Рассмотрим баланс материала при грохочении

Также имеем

И, Н, П – масса, соответственно, исходного, надрешетного и подрешетного продуктов;

α, β, ϴ – содержание класса меньше крупности разделения, соответственно, в исходном, надрешетном и подрешетном продуктах, %.

Выходом продукта называется отношение его массы к массе исходного продукта (выраженное в процентах). Тогда

Баланс продуктов по выходу

Баланс продуктов по классу меньше крупности разделения

или, разделив на массу исходного продукта,

Пользуясь определением выхода, получим

Баланс продуктов по классу больше крупности разделения

или, разделив на массу исходного продукта,

Пользуясь определением выхода, получим

Извлечением называется отношение массы класса заданной крупности находящегося в продукте разделения к массе этого класса, содержащегося в исходном материале, выраженное в процентах.

Извлечение класса меньше крупности разделения в подрешетный продукт

Подставляя в выражение (1.79) значение γ_н из выражения (1.78) и преобразуя относительно γ_п, получим

Подставляя γ_п из (1.82) в выражение (1.81) окончательно получим

Извлечение класса меньше крупности разделения в надрешетный продукт

Подставляя в выражение (1.79) значение γ_п из выражения (1.78) и преобразуя относительно γ_н, получим

Подставляя γ_н из (1.85) в выражение (1.84) окончательно получим

Извлечение класса больше крупности разделения в надрешетный продукт

или, используя выражение (1.85)

Извлечение класса больше крупности разделения в подрешетный продукт

или, используя выражение (1.82)

Баланс класса меньше крупности разделения по извлечению

Баланс класса больше крупности разделения по извлечению

1.4.3. Эффективность грохочения

Для количественной оценки полноты отделения мелкого материала от крупного при грохочении введено понятие эффективности грохочения.

Эффективностью грохочения называется выраженное в процентах или в долях единицы отношение массы подрешетного продукта к массе нижнего класса в исходном материале.

При отсутствии в подрешетном продукте классов больше крупности разделения, т. е. ϴ=100 %, выражение (1.93) приобретает следующий вид

Рассматривая грохочение как операцию разделения на два продукта, для оценки процесса используют критерии эффективности грохочения (которые ошибочно называют также эффективностью грохочения).

В основу этих критериев положено извлечение соответствующих классов в соответствующие продукты.

Критерий эффективности грохочения по извлечению классов в подрешетный продукт

При ϴ=100 %, выражение (1.95) преобразовывается в уравнение (1.94).

Критерий эффективности грохочения по извлечению соответствующих классов в соответствующие продукты

При ϴ=100 %, выражение (1.96) также преобразовывается в уравнение (1.94).

Критерий эффективности по гранпараметру продуктов разделения [9]

Эффективность грохочения и критерии эффективности грохочения определяются по гранулометрическому составу продуктов разделения.

1.4.4. «Легкие», «трудные» и «затрудняющие» частицы

Просеивание частиц нижнего класса сыпучего материала сквозь сито можно рассматривать состоящим из двух стадий:

1) частицы нижнего класса должны пройти сквозь слой частиц верхнего класса, чтобы достигнуть поверхности сита;

2) частицы нижнего класса должны пройти через отверстия сита.

Осуществлению обеих стадий помогает соответствующий характер движения короба грохота, приводящий слой частиц на сите в разрыхленное состояние и освобождающий сито от частиц, застрявших в его отверстиях.

При встряхивании короба в слое частиц, лежащем на сите, происходит их сегрегация (расслоение по крупности), причем наиболее крупные частицы оказываются в верхнем слое, а наиболее мелкие – на поверхности сита. Последние легко достигают поверхности сита и проходят через его отверстия. Но зерна, близкие по величине к размеру отверстий сита, с трудом проходят в промежутках между более крупными частицами нижнего слоя материала, лежащего на сите, а также и через отверстия сита.

Практика грохочения показала, что частицы, диаметр которых меньше, чем три четверти величины отверстий сита, легко проходят в промежутках между крупными частицами материала на сите и по достижении ими поверхности сита немедленно проваливаются через отверстия. Такие частицы, в отношении их грохотимости, называют «легкими». Частицы крупнее трех четвертей величины отверстий сита проходят с трудом в промежутках между крупными частицами и через отверстия сита. И эта трудность прохождения прогрессивно возрастает по мере приближения диаметра частиц к величине отверстий сита. Такие частицы называют «трудными» [5].

Частицы, диаметр которых больше полуторной величины отверстий сита, не оказывают существенного влияния на перемещение «легких» и «трудных» частиц к поверхности сита. Но нижний слой материала на сите, состоящий из частиц диаметром меньше полуторной величины отверстий сита, затрудняет проникновение к его поверхности близких к ним по величине «трудных» частиц. Кроме того, частицы, близкие по диаметру к величине отверстий сита, но больше их, легко застревают в отверстиях и «заслепляют» сито. Такие частицы, по размеру большие отверстий сита, но меньшие полуторной величины их, называют «затрудняющими».

Чем меньше в исходном материале «трудных» и «затрудняющих» частиц, тем легче его грохочение и тем выше, при прочих равных условиях, эффективность грохочения.

Характеристики крупности легко- и трудногрохотимого материалов на ситах с размером отверстий l показаны на рис. 1.19.

Эффективность грохочения по «трудным» частицам определяется по общей формуле (1.93), где α, β, ϴ – содержания «трудных» частиц соответственно в исходном материале, надрешетном и подрешетном продуктах.

1.4.5. Вероятность прохождения частиц через отверстия сита

Рассмотрим условия прохождения отдельной частицы через отверстия сита. Вероятность р какого-либо события равна отношению числа случаев m, благоприятствующих наступлению данного события, к числу всех возможных случаев n, при которых данное событие может произойти. Причем все случаи должны быть равновозможными и несовместимыми. Следовательно, величина вероятности измеряется отношением

При m=0 имеем p=0 – невозможность, когда ни один случай не благоприятствует наступлению события, при m=n имеем p=1 – достоверность, когда каждый случай благоприятствует событию.

Величина N, обратная вероятности p, определяет вероятное число случаев, при котором данное событие может иметь место

Предположим, что мы имеем сито из бесконечно тонкой проволоки с квадратными отверстиями величиной l. Допустим также, что шарообразные частицы диаметром d при грохочении падают перпендикулярно к плоскости сита. Будем считать, что зерна проходят через отверстия беспрепятственно, если не касаются проволоки, т. е. центр частицы при падении проектируется на заштрихованную площадь (l-d)² (рис. 1.20, а).

Можно считать, что число случаев, благоприятствующих прохождению зерна через отверстие, пропорционально заштрихованной площади (l-d)², а число всех возможных случаев падения частицы на отверстие пропорционального его площади l². Вероятность прохождения зерна через отверстие определится отношением площадей

Тогда величина N, обратная вероятности p, определит вероятное число отверстий, которое необходимо встретить частице, чтобы в одно из них пройти сквозь сито.

Значения величин p и N для различных отношений d/l приведены в табл. 1.10, по данным которой построен график (рис. 1.21). Из графика видно, что небольшое увеличение диаметра частицы сверх 0,75l вызывает значительное возрастание числа отверстий для прохождения частицы сквозь сито.

Таблица 1.10

Вероятность прохождения зерна через отверстие в зависимости от его относительного размера

Следовательно, теория вероятностей подтверждает принятое практикой деление частиц на «легкие» (d<0,75l) и «трудные» (d>0,75l).

Если учесть толщину проволок сита (рис. 1.20, б), то, рассуждая аналогично предыдущему, получим следующее выражение для вероятности прохождения частицы сквозь сито: